每日一题[3319]不动点与迭代函数

曲线 $f(x)=x^2-4$ 在点 $\left(x_n,f\left(x_n\right)\right)$ 处的切线与 $x$ 轴的交点横坐标为 $x_{n+1}$,$x_1=3$,则(       )

A.$x_{n+1}=\dfrac{x_n}2+\dfrac 2{x_n}$

B.数列 $\left\{\ln\dfrac{x_n+2}{x_n-2}\right\}$ 为等差数列

C.$x_n=\dfrac{2\left(5^{2^{n-1}}+1\right)}{5^{2^{n-1}}-1}$

D.数列 $\left\{x_n-2\right\}$ 的前 $n$ 项和小于 $2$

答案    ACD.

解析    对于选项 $\boxed{A}$,曲线 $f(x)=x^2-4$ 在点 $\left(x_n,f\left(x_n\right)\right)$ 处的切线方程为\[y=2x_n(x-x_n)+(x_n^2-4),\]因此\[x_{n+1}=\dfrac{x_n}2+\dfrac2{x_n},\]选项正确;

对于选项 $\boxed{B}$,考虑迭代函数 $g(x)=\dfrac x2+\dfrac 2x$ 的不动点 $x=\pm 2$,于是\[ x_{n+1}-2=\dfrac{(x_n-2)^2}{2x_n},\quad x_{n+1}+2=\dfrac{(x_n+2)^2}{2x_n},\]两式相比,可得\[\ln\dfrac{x_{n+1}+2}{x_{n+1}-2}=2\ln\dfrac{x_n+2}{x_n-2},\]因此数列 $\left\{\ln\dfrac{x_n+2}{x_n-2}\right\}$ 为等比数列,选项错误;

对于选项 $\boxed{C}$,根据之前的分析,有\[\ln\dfrac{x_n+2}{x_n-2}=2^{n-1}\cdot \dfrac{x_1+2}{x_1-2}=2^{n-1}\ln 5\implies x_n=\dfrac{2\left(5^{2^{n-1}}+1\right)}{5^{2^{n-1}}-1},\]选项正确;

对于选项 $\boxed{D}$,根据之前的分析,有\[ x_n-2=\dfrac{4}{5^{2^{n-1}}-1}\leqslant \dfrac4{5^n-1}=\dfrac4{(4+1)^n-1}\leqslant \dfrac{4}{4^n}=\dfrac1{4^{n-1}},\]于是\[\sum_{k=1}^n(x_k-2)<\dfrac{1}{1-\frac 14}=\dfrac 43<2,\]选项正确;

综上所述,正确的选项是 $\boxed{A}$ $\boxed{C}$ $\boxed{D}$.

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